Elektrischer Strom - Stromkreise, Physikübungen

Messung von Stromstärke und Spannung, Vorwiderstand, Reihen- und Parallelschaltungen - Gesamtaufgabenbestand (lehrplanunabhängig) - 34 Aufgaben in 8 Levels

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  • Allgemeine Hilfe zu diesem Level
    Ein Amperemeter misst die Stromstärke in dem Leiter bzw. Zweig, in dem es eingebaut ist. Ein Voltmeter misst die Spannung in dem "Teilkreis", in dem es eingebaut ist.
  • Beispiel
    Zu diesem Aufgabentyp gibt es eine passende Beispiel-Aufgabe:
  • Hilfe zum Thema

    Stromstärkemessgerät
    Mit einem Stromstärkemessgerät (z.B. Amperemeter oder Multimeter) misst man elektrische Stromstärken. Es misst die Stromstärke an einer Stelle im Stromkreis. Um zu messen, welche Stromstärke durch ein Bauteil fließt, muss man das Stromstärkemessgerät direkt vor oder nach dem Bauteil einbauen. Das Stromstärkemessgerät beeinflusst den Fluss der Elektronen fast nicht.

    Spannungsmessgerät
    Mit einem Spannungsmessgerät (z.B. Voltmeter oder Multimeter) misst man elektrische Spannungen. Es misst die Spannung zwischen zwei Punkten im Stromkreis. Um zu messen, welche Spannung an einem Bauteil abfällt, muss man das Spannungsmessgerät vor und nach dem Bauteil anschließen. Durch das Spannungsmessgerät selbst fließt dabei fast kein Strom.


    Beispiel:
    Richtig eingebaute bzw. angeschlossene Messgeräte:
  • Weitere Hilfethemen

Aufgabe

Aufgabe 1 von 7 in Level 1
  • Sieh dir folgende Stromkreise an, deren Bauelemente identisch sind und wähle die richtige Antwort aus.
    • graphik
    graphik
    Im unteren Stromkreis zeigt das Amperemeter …
    … kaum einen/ keinen Wert an.
    … etwa den gleichen Wert wie oben an.
    … einen höheren Wert als oben an.
    … einen geringeren Wert als oben an.
Beispiel
Beispiel-Aufgabe
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Stoff zum Thema

Stromstärkemessgerät
Mit einem Stromstärkemessgerät (z.B. Amperemeter oder Multimeter) misst man elektrische Stromstärken. Es misst die Stromstärke an einer Stelle im Stromkreis. Um zu messen, welche Stromstärke durch ein Bauteil fließt, muss man das Stromstärkemessgerät direkt vor oder nach dem Bauteil einbauen. Das Stromstärkemessgerät beeinflusst den Fluss der Elektronen fast nicht.

Spannungsmessgerät
Mit einem Spannungsmessgerät (z.B. Voltmeter oder Multimeter) misst man elektrische Spannungen. Es misst die Spannung zwischen zwei Punkten im Stromkreis. Um zu messen, welche Spannung an einem Bauteil abfällt, muss man das Spannungsmessgerät vor und nach dem Bauteil anschließen. Durch das Spannungsmessgerät selbst fließt dabei fast kein Strom.


Beispiel:
Richtig eingebaute bzw. angeschlossene Messgeräte:
Beispiel
Sieh dir folgende Stromkreise an, deren Bauelemente (Batterie, Amperemeter, Glühlampe) identisch sind:
graphik
graphik
Im unteren Stromkreis zeigt das Amperemeter …
… keinen Wert an.
… etwa den gleichen Wert wie oben an.
… einen höheren Wert als oben an.
… einen geringeren Wert als oben an.

Stromstärke und Spannung bei Reihen- und Parallelschaltung

Stromstärke:
  • In einem unverzweigten Stromkreis ist die Stromstärke an jeder Stelle gleich groß.
  • An einem Verzweigungspunkt teilt sich der elektrische Strom auf: Die Summe der Teilstromstärken ergibt den Gesamtstrom (im unverzweigten Teil).
Spannung:
  • Die Spannung misst eine Potenzialdifferenz. Alle miteinander verbundenen Leiter sind auf dem selben Potenzial. Daher fällt an zwei parallel geschalteten "Verbrauchern" dieselbe Spannung an.
  • Sind zwei "Verbraucher" in Reihe geschaltet, so fällt an jedem eine Teilspannung ab, die in der Summe die Gesamtspannung der Spannungsquelle ergeben.
Beispiel 1
Helligkeitsvergleich von (baugleichen) Lampen an derselben Spannungsquelle:
1. Wie hell leuchten zwei parallel geschaltete Lampen im Vergleich zu einer baugleichen einzelnen Lampe an der selben Spannungsquelle?
2. Wie hell leuchten zwei in Reihe geschaltete Lampen im Vergleich zu einer baugleichen einzelnen Lampe an der selben Spannungsquelle?
Beispiel 2
In folgender Schaltung (s. Bild) wird 
U
1
=
4 V
 und 
U
=
U
ges
=
12 V
 gemessen.
graphik
In folgender Schaltung (s. Bild) wird 
I
=
I
ges
=
0,4 A
 und 
I
2
=
150 mA
 gemessen.
graphik
Was zeigen die anderen Strom- und Spannungsmessgeräte an? 

Reihenschaltung
Bauteile wie auf einer Schnur hintereinander aufgereiht sind in Reihe geschaltet.

  • Durch jedes Bauteil fließt die gleiche Stromstärke:
    \(I=I_1=I_2=\ldots\)
  • Bei jedem Bauteil fällt je nach Widerstand unterschiedlich Spannung ab. Addiert man alle Spannungen, erhält man die Gesamtspannung:
    \(U=U_1+U_2+\ldots\)

Parallelschaltung
Bauteile "nebeneinander" im verzweigten Stromkreis sind parallel geschaltet.

  • Bei jedem Bauteil fällt die gleiche Spannung ab:
    \(U=U_1=U_2=\ldots\)
  • Die Stromstärke, die durch ein Bauteil fließt, hängt von dessen Widerstand ab. Addiert man alle Stromstärken, erhält man die Gesamtstromstärke:
    \(I=I_1+I_2+\ldots\)

Beispiel 1
graphik
Nenndaten der Lampe: \(4,5~\mathrm{V}\) / \(0,5~\mathrm{A}\)
Batterie: \(6,0~\mathrm{V}\)
Bestimme den Widerstandswert des ohmschen Widerstands so, dass die Nenndaten der Lampe erreicht werden.
Beispiel 2
graphik
Gegeben:
\( \begin{aligned} I_G &= 0,10~\mathrm{A}\\ R_1 &= 1,0~\mathrm{\Omega}\\ R_2 &= 2,0~\mathrm{\Omega} \end{aligned} \)
Berechne alle fehlenden Werte. Runde auf die gültigen Ziffern.
Beispiel 3
graphik
Gegeben:
U
G
=
12
 
V
R
1
=
1,0
 
Ω
    
    
R
2
=
2,0
 
Ω
Berechne alle fehlenden Werte. Runde auf geltende Ziffern.
Erdung
Ist eine leitende Verbindung zum Erdboden. Strom kann damit über die Erde abfließen.
Schaltzeichen:


Kurzschluss
Der Strom findet einen (nahezu) widerstandsfreien Weg von einem Pol zum anderen. Deswegen kommt es meist zu hohen Stromstärken.

Drei Adern in Stromkabeln
  • \(\textcolor{RawSienna}{\text{Außenleiter (Phase)}}\)
    Der braune Außenleiter ist für den Stromfluss verantwortlich und ist mit dem Stromnetz bzw. dem Kraftwerk verbunden. In diesem Leiter bewegen sich Elektronen mit hohem "Antrieb".
  • \(\textcolor{RoyalBlue}{\text{Neutralleiter (alt: Nullleiter)}}\)
    Der blaue Neutralleiter schließt beim einfachen Wechselstrom den Stromkreis. Die Stromstärken von Außen- und Neutralleiter sind im Normalbetrieb gleich groß.
  • \(\textcolor{ForestGreen}{\text{Sc}}\textcolor{Goldenrod}{\text{hu}} \textcolor{ForestGreen}{\text{tz}} \textcolor{Goldenrod}{\text{sc}} \textcolor{ForestGreen}{\text{ha}} \textcolor{Goldenrod}{\text{lt}} \textcolor{ForestGreen}{\text{er}}\)
    Steht z.B. ein Metallgehäuse unbeabsichtigt unter Strom, leitet der grün-gelbe Schutzleiter den Strom vom Gehäuse in die Erde ab. Falls jemand das Gehäuse berührt bekommt er so keinen Stromschlag.

Sicherung
Zu hohe Stromstärken können Leitungen und Bauteile beschädigen oder sogar Brände verursachen. Man baut deshalb Sicherungen ein, die bei zu hohen Strömen (meist ab \(16~\mathrm A\)) die Stromkreise unterbrechen.

Fehlerstrom(schalter)
Unterscheiden sich die Stromstärken im Außen- und Neutralleiter, löst das im Haushalt den Fehlerstromschalter (FI-Schalter) aus. Er verhindert, dass weiter unkontrolliert Strom (Fehlerstrom) abfließt, z.B. weil Strom über einen Menschen oder über den Schutzleiter in die Erde abfließt.
Beispiel

Die intakten, baugleichen Lampen (Nenndaten: max. \(10~\mathrm{V}\)/ \(0,5~\mathrm{A}\)) sind an eine Batterie mit \(10~\mathrm{V}\) angeschlossen.
graphik
Wähle alle richtigen Aussagen aus:

Wenn der Schalter geschlossen wird …
▇ … erlischt \(L_1\).
▇ … erlischt \(L_2\).
▇ … leuchtet \(L_1\) heller als vorher.
▇ … leuchtet \(L_2\) heller als vorher.
▇ … liegt ein Kurschluss vor!